基于车路协同的航班资源匹配算法模型在智慧机坪中的创新应用与实践

　　一、案例背景

　　“人工智能+民航”的深度融合正推动机场全流程运行的智能化升级，智慧民航已成为民航高质量发展的核心方向。智慧机坪作为机场运行的核心场景，其运行效率与安全管控水平直接决定航班保障的整体质量，是民航高质量发展的关键抓手。传统机坪保障过度依赖人工调度，存在信息传递延迟、指令易误读、车辆空驶率高、人员非必要移动距离长等突出问题。依据民航局“人工智能 + 民航”相关部署及“十五五”规划要求，兰州中川国际机场以T3航站楼为试点，依托飞行区智慧交通管制平台，开展机坪车路协同技术应用，基于航班-资源智能匹配算法，构建全流程智能化运行保障体系，着力破解效率与安全瓶颈，打造可复制、可推广的智慧机坪“兰州方案”。

　　二、主要做法

　　本项目依托机场已建成的“天地一体”数字孪生系统，分阶段推进车路协同体系构建与航班-资源智能匹配算法模型的开发、测试及落地，整体实施过程统筹组织、技术、运维三大维度，确保技术方案与实际业务高效融合。

　　(一)搭建系统架构体系

　　系统采用“终端层-网络层-平台层-应用层”四层架构，如图1所示，终端层采集人员、车辆、航空器动态数据，网络层通过北斗差分与UWB 构建高精度传输网络，平台层融合云控平台与GIS地图系统实现数据融合与处理，应用层面向管理员和驾驶员提供管控、预警、导航等服务，结合数字孪生技术与人工智能算法构建物理场景与虚拟空间的联动，实现风险预判与智能调度。

　　
图：智慧机坪管理系统总体架构

　　(二)开发与部署核心系统

　　项目基于数字孪生、北斗差分+UWB高精度定位、动态电子围栏及智能路径规划等核心技术，集成虚拟红绿灯、动态/静态电子围栏、多维度交通预警与智能调度驾驶任务系统，构建了覆盖机坪全要素的智慧交通管控体系，有效实现运行安全与效率的双重提升。图2为智能终端HMI用户交互界面。

　　1.虚拟红绿灯系统

　　基于数字孪生技术对机坪道路交叉口进行高精度建模如图3所示，精准复刻路口几何尺寸、车道分布及周边设施空间位置，在虚拟环境中部署智能红绿灯及相位控制标识。通过机场5G专网，将信号状态实时同步至车辆5G数字化座舱及辅助驾驶终端，为驾驶员提供直观的信号显示与数字化交通指挥。系统搭载智能交通信号控制算法，可根据实时交通流量动态优化信号配时方案，提升交叉口通行效率。

　　2.动态电子围栏系统

　　系统对接场监雷达等航空器定位系统，实时获取航空器轨迹与计划滑行路径。综合运用人员定位、车辆定位、航空器定位及电子围栏技术，将地面安全保护区数字化，构建动态电子围栏及跑道防侵入数据计算模型，实时监测人员、车辆与电子围栏区域的位置关系。一旦发生侵入预警区行为，系统立即向塔台管制员、机坪人员及驾驶员同步告警。结合车辆轨迹预测技术与冲突风险评估模型，根据风险等级向相关车辆分级预警，有效预防航空器与地面车辆的碰撞风险，如图4所示。

　　3.智能静态电子围栏系统

　　系统将机坪物理区域数字化，在虚拟环境中实现精细化管控。管理人员可动态配置围栏参数及访问权限，支持对不同人员、车辆分组实施区域准入控制。通过驾驶员终端与人员定位设备，系统实时监测非法入侵行为并触发预警，可广泛应用于跑道防护、作业审批及运行模式切换等场景。

　　4.智慧交通预警系统

　　系统以“北斗差分+UWB”融合定位技术为核心(人员定位精度≤1米，车辆定位精度≤0.3米)，实时采集人员、车辆、航空器动态数据，构建多维度预警体系。违章行为预警覆盖车道级场景，除超速(机坪限速25km/h)、逆行、违停外，还可识别闯虚拟红灯、越电子围栏等违规行为;安全预警基于LSTM轨迹预测算法，提前预判车辆与航空器、人员的碰撞风险，结合UWB补盲实现盲区预警，并按区域推送动态限速提示。预警信息通过5G专网实时下发，车载终端触发声光告警、人员电子工牌震动提醒，响应速度小于0.5秒。系统应用后，机坪碰撞事件归零，违章告警准确率达100%，人工查违章工作量减少90%。

　　5.智能调度驾驶任务系统

　　系统深度融合北斗厘米级定位与机坪全场面数字孪生地图，搭载动态路径规划算法。根据任务终点自动计算最优行驶路线，并实时接入500余台作业车辆定位数据、航空器滑行计划及路口拥堵信息，动态规避拥堵区域、临时禁行路段及航空器滑行通道，避免无效绕行。系统同步对接云控平台与机场生产调度系统，可自动接收配餐、航空器拖曳等派单任务，支持按人员负荷进行抢单分配。驾驶员通过5G数字化座舱查看任务详情与导航指引，实时反馈作业进度。应用后，作业车辆行驶距离缩短18%，单机保障时长减少12分钟，显著提升飞行区车辆运行效率与资源利用率。

　　(三)测试与迭代优化

　　项目采用“分阶段测试、全流程验证”的方式，确保系统功能与性能满足实际运营需求，如图7所示。

　　(四)项目推进计划

　　本项目分四个阶段稳步推进，如图8所示。

　　三、应用成效

　　(一)社会效益

　　系统实现机坪人员、车辆全天候实时高精度定位，全自动生成交通风险预警和安全报警，从机制上预防重大安全事故发生，保障旅客出行安全，筑牢机场运行安全防线。同时提升航班地勤保障效率与航班正点率，推动“平安机场”“智慧机场”建设，为民航行业机坪交通管理智能化转型树立示范标杆。

　　(二)环境效益

　　通过智能调度算法优化作业车辆行驶路线，减少车辆无效绕行和怠速时间，降低机坪车辆能源消耗与尾气排放;同时提升机坪运行资源利用率，减少人力、设备等资源的浪费，助力机场绿色低碳运行，契合民航行业绿色发展理念。

　　(三)经济效益

　　系统实现机坪交通智能化管理，大幅减少人工巡检、违章核查的人力成本，人工查违章工作量减少90%，运行指挥部门工作效率提升30%。通过优化车辆调度、缩短单机保障时长，提升机坪车辆、滑行道等运行资源利用率，降低机场整体运营管理成本;同时减少安全事故带来的经济损失，为机场创造稳定的经济效益。

　　(四)示范应用

　　兰州中川国际机场机坪智慧交通管制系统项目于2024年7月至2025年12月落地实施，实现了人员与车辆100%定位覆盖及违章行为100%预警;航班保障资源调度响应效率提升50%以上，减少地面资源等待时间5分钟以上，降低航班保障迟误率5%以上;机坪区车辆违章率下降60%以上，碰撞风险预警响应时间控制在100ms内，显著提升运行安全水平;可优化完善《基于卫星定位的机场地面车辆和人员跑道侵入防范系统技术要求》，拟编制《机坪人、车作业区域管控规范》《机坪机下作业效率与绩效考核规范》《机坪人、车辆违规处罚与责任认定规范》及《机下标准作业保障流程》等标准。